Προσροφητικά με βάση αμίνες

Ορισμένες οργανικές ουσίες ή πολυμερή που περιέχουν ιόντα αμμωνίου μπορούν να συνδυαστούν χημικά με όξινα μόρια CO2 σε χαμηλότερες θερμοκρασίες αντίδρασης και επομένως μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη δέσμευση προσρόφησης CO2. Έχουν τα πλεονεκτήματα της υψηλής χωρητικότητας σε χαμηλές μερικές πιέσεις CO2 (10%-15%), χαμηλές θερμοκρασίες αναγέννησης (<100 °C) and less equipment corrosion. The adsorption characteristics of amine-based adsorbents are related to factors such as amine loading, amine type, amine site density, amine molecular size on the solid support, and CO2 partial pressure. Since the adsorption performance of rich amine adsorbents is mainly based on chemical adsorption, their poor thermal regeneration ability remains a major disadvantage. A combined strategy was used to develop an ultra-stable amine-containing solid adsorbent that only lost 8.5% of its adsorption capacity even after aging for 30 days in O2-containing flue gas at 110 °C.

Η πολυαιθυλενοϊμίνη (ΡΕΙ) εμποτίστηκε σε πορώδες Si02 για να παρασκευαστεί ένα προσροφητικό που περιέχει αμίνη. Το PEI στην εξωτερική επιφάνεια του προσροφητικού αλκυλιώθηκε επιλεκτικά με εποξείδιο για να συντεθεί ένα προσροφητικό CO2 με βάση την αμίνη με υψηλή αντοχή σε SO2. Η ικανότητα προσρόφησης CO2 υπό συνθήκες προσομοίωσης καυσαερίων (60 μοίρες, 15% CO2, 10% H2O, 2% Ar και αέριο ισορροπίας N2) έφτασε τα 139,48 mg/g. Υπό τις συνθήκες συγκέντρωσης 50 ppm SO2, η ικανότητα προσρόφησης έχασε μόνο 8,52% μετά από 1000 κύκλους, δείχνοντας καλή σταθερότητα. Το HBS εμβολιάστηκε με αμίνες υπό άνυδρες και υδατικές συνθήκες. Υπό ξηρές συνθήκες στους 25 βαθμούς, χρησιμοποιώντας αέρα περιβάλλοντος που περιέχει 415 ppm CO2, η ικανότητα δυναμικής προσρόφησης έφτασε τα 1,04 mmol/g. Η απόδοση των προσροφητών με βάση την αμίνη επηρεάζεται από τον τύπο, την ποσότητα φόρτωσης και το μοριακό βάρος της αμίνης. Li et al. εμποτισμένο PEI σε νανο-SiO2 για την παραγωγή ενός προσροφητικού PEI-SiO2 με υψηλή θερμική σταθερότητα.

Η μελέτη διαπίστωσε ότι το διακλαδισμένο PEI είχε μεγαλύτερη ικανότητα προσρόφησης 202 mg/g από το γραμμικό PEI. Μελετήθηκαν τα αποτελέσματα της φόρτισης και του μοριακού βάρους. Η πολύ υψηλή ή πολύ χαμηλή φόρτωση αμίνης δεν συνέβαλε στην αύξηση της ικανότητας προσρόφησης. Τα προσροφητικά PEI-SiO2 με χαμηλότερο φορτίο PEI και μοριακό βάρος έδειξαν εξαιρετική κινητική προσρόφησης. Η δομή και η σύνθεση του υλικού φορέα επηρεάζουν επίσης τη διαδικασία προσρόφησης. Πολλές μελέτες έχουν επικεντρωθεί στη βελτίωση της απόδοσης προσρόφησης των προσροφητικών ουσιών με βάση την αμίνη τροποποιώντας το SiO2. Ο ρυθμός προσρόφησης CO2 ενισχύθηκε με την αλλαγή της δομής και συντέθηκαν μεσοπορώδεις νανοσφαίρες SiO2 με δομή πόρων ανεστραμμένου κώνου. Η ικανότητα προσρόφησης του υλικού αυξήθηκε κατά 50%, ενώ η ενέργεια προσρόφησης και εκρόφησης μειώθηκε επίσης. Αυτό σημαίνει ότι το προσροφητικό έχει καλύτερη δυναμική δομή. Οι μεγάλοι επιφανειακοί πόροι ευνοούν περισσότερο την είσοδο και την έξοδο μορίων αερίου και ο μεγάλος όγκος πόρων παρέχει περισσότερο χώρο για διάχυση.

Χρησιμοποιώντας μονοτροπικές οδούς και οδούς διπλού προτύπου για τη σύνθεση διτροπικού και τριτροπικού SiO2 ως υλικών φορέα, η ικανότητα προσρόφησης του διτροπικού SiO2 μπορεί να φτάσει τα 350 mg/g, ενώ η ικανότητα προσρόφησης του τριτροπικού SiO2 μπορεί να φτάσει τα 215 mg/g. Li et al. χρησιμοποίησε νιτρικά μέταλλα για να τροποποιήσει το άμορφο νανο-SiO2. Η μελέτη διαπίστωσε ότι το στερεό προσροφητικό αμίνης που τροποποιήθηκε από Al, Zn και Mg έχει καλύτερη σταθερότητα. Μετά από 50 κύκλους προσρόφησης, χάθηκε μόνο το 2,6% έως 28,8% της αρχικής ικανότητας προσρόφησης CO2, ενώ το αρχικό προσροφητικό στερεής αμίνης έχασε το 42,9%.